YAPILARIN KORUNMASI VE İZOLASYONU Doç. Dr. Mensur SÜMER

Yapıların Korunma Nedenleri Yapılar uzun yıllar hizmet etmelidirler.Yani hizmet ömürleri uzun olmalı,bozulmamalı,yıkılmamalı,onarıma gerek duyulmamalı. YAPILARIN ÇOĞU BETONARME VE ÇELİKTİR. Bu nedenle beton ve çeliğin özelliğine olumsuz etki eden olaylar nelerdir.KISACA bahsedelim

Betonun Bozulması 1-GİRİŞ: Beton çeşitli kimyasal etkiler altındadır.Kimyasal bozucu etkiler iç ve dış olmak üzere iki türlüdür. İç etkiler çimento ile agrega arasında meydana gelen kimyasal etkileşimlerin oluşturduğu etkilerdir. Dış etkilerde yine betonda çimento ve agrega arasındaki bağlantıya etki eden etkenlerdir.Gerek iç ve gerekse dıştan gelen kimyasal etkiler betonların yüzeysel bozulmalarına da yol açmaktadır. Yüzeysel olarak betonun sertleşmesi bir anlamda betonun ömrünü azaltan faktörlere karşı kısmen korunması olarak kabul edilmelidir.

Betonu Bozulması 2-Kimyasal Bozulmaya neden olan Faktörler Yer altı Suyu-temel bodrum sularının rutubetinin etkileri Endüstriyel yapılarda atıklar,deniz suları ve sülfat etkisi Don Olayı

Betonun Bozulması Katkı maddelerinden oluşan klor etkisi Alkali-agrega reaksiyonu Hava kirliliğinin oluşturduğu karbonatlaşma etkisi Metallerdeki paslanma Kimyasal maddelerle temas

Betonun bozulması 3-Kimyasal bozulmaların betondaki olumsuz etkileri. -Deprem ve aşırı yüklemeler betonda iç gerilme burulma,deformasyon yapar, betonda uzama ve kırılmalar meydana gelir . Bu durum kimyasal maddelerin beton içine girmesine zemin hazırlamış olur. -Betonarme binalarda özellikle temel ve bodrumlarda oluşan rutubetin,yağmur sularının ,kimyasal atıkların ,don olayının, katkı maddelerinden oluşan kloroid etkisinin,agrega –çimento ilişkisinin ,alkali agrega reaksiyonunun olumsuz etkileri vardır.Ayrıca karbonasyon olayınında etkisi vardır.

Betonun bozulması Kimyasal atıkların beton karışım suyu ve agrega bileşimini etkileme zeminde sülfat etkisi oluşturma özelliğine sahip olabilirler. Sülfat etkisi betonda kandlot tuzu oluşturarak betonu ayrıştırır ve betonu tahrip eder. Sülfat etkisini engellemek için çeşitli tedbirler alınır. Örneğin Sülfata dayanıklı çimento kullanmak, Betonu Yalıtım malzemeleri ile yalıtmak .Böylece beton diğer asidik etkilerden de korunmuştur.

Betonun bozulması Betonarmenin kalitesini düşüren etmenlerden biride kloroid etkisidir.Kloroid iyonları betona priz hızlandırıcı olarak katılan katkı maddesi içinde kalsiyum kloroid olarak bulunur.Kloroid iyonları gözeneklerdeki suyun elektriksel iletkenliğini artırır.Sonuçta çelik donatıyı koruyan etkisiz yüzeyi bozarak korozyona neden olurlar. Çelik donatı paslanırken hacmini artıracağı için nüfus eden kloroid etkisinin oluşturacağı gerilme betonu çatlatır ve böylece korozif bölgenin yayılmasına neden olur.

Betonun bozulması Betonun kalıba yerleştirilmesi esnasında ileri teknolojik vibrasyon teknikleri kullanılarak donatının etrafını iyi kaplayacak biçimde boşluksuz ,yoğun, katı kıvamda beton uygulayarak ve kloroid iyonlarına karşı yüksek bir geçirgenlik direnci sağlayacak elastik bir zar /örtü ile yüzeyi kaplamak suretiyle bu iyonların nüfusu azaltılabilir.

Betonun bozulması Silisli agregaların çimentonun neden olduğu alkali sıvılarla bozulması yani jel bozulması söz konusudur.Bu jel bünyesine su alarak kabarır-şişer.Bununla meydana gelen gerilme betonun parçalanmasına neden olur. Bu hususu önlemek için AKTİF SİLİSLİ agrega kullanılmamalı, karışım suyu azaltılmalı ,jelin genleşmesi önlenmelidir. Kimyasal bozulmanın başka bir şekli korozyondur. Beton hidratasyon esnasında 12.5 pH durumuna ulaşarak bazik bir ortam meydana getirir.pH derecesi düşerse ortam asidik olur ve asidik ortam nedeniyle çelik donatıyı paslandırır.

Betonun bozulması Diğer bir bozunma is karbonasyondur. Dünya atmosferinde yaklaşık olarak %0.03 oranında karbondioksit vardır.Az miktarda olmasına rağmen çimentonun hidratasyonu sonucu olarak oluşan kalsiyum hidroksit ile birleşerek kalsiyum karbonat şeklinde nötrüleşir. Bu kalsiyum karbonat sertleşerek beton yüzeyinde sağlam bir kabuk oluşturur.Ancak bu işlem yüzeyde kalmaz.İçerilere doğru karbondioksit nüfus ettikçe iç kısımlarda da karbonatlaşma olur. Betonda bundan dolatı karbonatlaşma rötresi olur ve beton yüzeyi bozulur.

Betonun bozulması Karbonasyon işlemi çelik donatıya ulaşırken pH düşer 8.5-9 kadar iner.Yani asidiklik artar. Bu ise donatının paslanmasına neden olur.Paslanma ile oluşan artış ek gerilme oluşturur ve betonu çatlatır.Pas lekeleri betonun yüzeyine ulaşır.beton yarılır. Atmosferin yüksek nemi ile içinde serbest bulunan asidik gazların (sülfirik asid gibi) bu işlemi devam ettirir. Karbonasyonu önlemek için karbondioksitin gecmesini önleyen fakat su buharının geçmesini engllemeyen FLEKSİBL zar örtüler ile kaplamak gerekmektedir.Mermer kaplama ve taş kaplama veya akrilik kimyasallarla kaplama yapmak sureti ile de önlenebilir.Betonda meydana gelen çatlaklar epoksi reçinesi ile doldurulur.

Betonun bozulması Beton agregaların seçiminde aktif silis içeren kristobalit,tridimit, opal VE KALSEDUAN OLMAMALIDIR.Su ve hava etkisiyle ayrışarak kile dönüşen feldispat içermemeli,prit minerali olmamalıdır.

Puzolanlar Ve Çimentolarda Kimyasal Değişimlerine Etken Faktörler Puzolanlar tek başlarına bağlayıcı olmayan, kireç veya çimento ile birleştiklerinde bağlayıcı özellik kazanan malzemelerdir. Puzolan içindeki AI2O3 ve SİO2’ in reaktif özelliği yoktur. Reaktif özellik ancak kireçle meydana gelir. Bu nedenle bir puzolanda CaO miktarı az olmalıdır. AI2O3 ve SİO2 miktarı ise fazla olmalıdır ASTM C 618-72’ye göre bir puzolanda; AI2O3 + SİO2 + Fe2O3 > 0.70 olmalıdır.

Puzolanlar Ve Çimentolarda Kimyasal Değişimlerine Etken Faktörler Bu koşulun sağlanması o maddenin mutlak puzolan olduğunu göstermez. Maddenin içerdiği AI2O3 ve SİO2 amorf yapıya sahip değil ise yine puzolanik özellik göstermez. Puzolanlarda etkin amorf/camsı kristalleri olan silis vardır. Çözünebilmesi için pH değerinin 11’in üzerine çıkması gerekir. Örneğin pH=12 iken Silisin çözünürlüğü %2 ise, pH=12.4 olunca çözünürlük %4’e çıkmaktadır. Puzolanla kireç birleşince çözeltinin pH’ı yükseltilmiş olmaktadır.

Puzolanlar Ve Çimentolarda Kimyasal Değişimlerine Etken Faktörler Bu durumda silis daha fazla çözünerek kireçle birleşir, onu bağlar ve puzolanik özellik gerçekleşmiş olur. Bir betonda puzolanik madde olarak uçucu kül kullanılırsa, betonda sürekli puzolan reaksiyonu yaratır ve bu sayede betonun uzun sürede dayanımını arttırır. Aynı zamanda betonun geçirgenliğini de azaltır. Betonun nem ve difüzyon oranı azalarak sülfatlanma, çelik korozyonu ve alkali-agrega reaksiyonundan kaynaklanabilecek hasarlar en aza iner. .

Puzolanlar Ve Çimentolarda Kimyasal Değişimlerine Etken Faktörler Çimentolar konusuna gelince; bileşimlerinde Na2O + 0.658 K20 alkaliler MgO, SO3 kızdırma kaybı ve çözünmeyen kalıntı miktarları TS 10156 sınırlarının dışında olmamalıdır. Alkalilerin fazla olması alkali-agrega reaksiyonuna, MgO fazlalığı hacim genişlemesine, SO3 ise etrenjit ve monosülfat alüminat gibi reaksiyon yavaşlatıcı, çözünebilmeye müsait tuzların meydana gelmesine neden olur. Kızdırma kaybı malzemenin nem alıp almadığına çözülmeyen kalıntı ise yabancı maddelerin az veya çokluğuna ışık tutar.

Puzolanlar Ve Çimentolarda Kimyasal Değişimlerine Etken Faktörler Çimentoların kullanımlarında çimento cinsi ile kullanım yerleri arasında ilişki iyi kurulmalıdır. Çimentoların sülfatlara dayanıklılığı, asitlere maruz kalıp kalmadığı dikkate alınmalıdır. Özellikle kimyasal katkı maddeleri ile etkileşimi ne ve nasıl olabileceği denenerek ortaya konulmalıdır. Her beton katkı maddesi her çimento ve agrega türü için aynı neticeyi vermeyebilir.

Puzolanlar Ve Çimentolarda Kimyasal Değişimlerine Etken Faktörler Aluminli çimentoların kullanımlarında su miktarı çimento ağırlığının %40-50’si kadar olmasıdır. Çünkü söz konusu çimentoların bozulmasında ortam sıcaklığının yüksek olması ve rutubet fazlalığının büyük etkisi vardır. Sıcaklık derecesi 250C’nin altında iken meydana gelen hidrate elemanları kararlı bir durumda değildir. Sıcak ve rutubetli ortamda bu ürün ayrışma yapar, sonuçta 18 mol su açığa çıkar. Bu miktarda su betonun yapısında boşluklar meydana getirerek betonun dayanımını olumsuz etkiler.

Puzolanlar Ve Çimentolarda Kimyasal Değişimlerine Etken Faktörler Bu nedenle aluminli çimento ile yapılan betonlarda S/Ç oranı %40 alınmalıdır. Aluminli çimentoların bir diğer özelliği de donatılarda korozyon meydana getirmesidir. Aslında bu durum aluminli çimento bünyesinde sülfür içeren curuf bulunmasından kaynaklanmaktadır. Curufta sülfür yoksa problem olmaz. Alkali sular aluminli çimentoları olumsuz etkiler. Beton içerine giren alkalili sular havanın karbondioksiti ile birlikte kalsiyum aluminat hidratenin ayrışmasına yol açar.

Yangında Beton Bu problemi anlamak ve gereken tasarım inceliklerini tatbik etmek için betonarmenin davranış özelliklerini çok iyi irdelemek gerekir. Önemli olan ortam ısısından , ergime ısısı olan 1000 C dereceye kadar olan bünyedeki fiziksel ve kimyasal değişimlerin dikkatle takip edilmesidir. Betonarmedeki bazı bileşenler 1060 C derecede sıvılaşır. Bilinen Portland çimentosu 1350 C derecede tamamen sıvılaşır. Betonarmenin ısı dayanıklılığı büyük ölçüde kullanılan agrega türü ile doğru orantılıdır. Dolayısıyla agreganın nitelikleri betonarmenin direnci ile doğru orantılı bir faktördür.

Yangında Beton Yüzey ısısı 300 C dereceye ulaştığında beton dayanımı % 60 _ % 130 arası değerlerde değişiklik gösterir.Bu sebepten dolayı bir betonarme karışım için verilen grafik eğri bir diğer karışım için uygundur denilemez. Betonun tatbikatındaki oluşan ısı takip eden zaman birimleri içinde göreceği ısılara verilen reaksiyonlar tamamen birbirinden bağımsızdır. Diğer önemli bir husus betonun yüksek ısıda patlaması ve dağılmasıdır.

Yangında Beton Yangın karşısında betonun bünyesinde bulunan suyun buharlaşarak bünyeden çıkma eğilimi, özellikle tüneller ve gökdelenlerde kullanılan yüksek kalitedeki betonlarda betonun patlamasına neden olan en önemli unsurlardan birisidir. Yüksek ısıda, betonda meydana gelebilecek olan patlama ve dağılma, sadece çevre için tehlike yaratmakla kalmayıp betonarme içerisindeki donatının direkt ısı karşısında korunmasız kalıp, mukavemet özelliğini kaybederek taşıyıcı sistemin çökmesine neden olmaktadır.

Yangında Beton Yüksek performanslı betonlarda dayanım 60-100 Mpa arası olup normal çalışma ısılarında iyi performans göstermektedirler.Diğer taraftan aynı malzeme yüksek hararette büyük performans kayıpları ve kötü emilim özellikleri gösterir. Araştırmalar göstermiştir ki Portland tipi çimentoda 600 C derece üzerinde dayanıklılık kayıpları söz konusudur.

Yangında Beton Dolayısıyla belirtilen şartlarda patlama olmadığı takdirde ısı izolasyonu karakteristiği ana gövdenin korunma özelliklerini devamını sağlar. Isı geçirgenliği bu şartlarda yükselim gösterip bu özelliği yarı yarıya düşürerek ortam ısınından 600Cye kadar geçerliliğini korur. Özetle 300 C derecede taşıyıcılık özelliğini kaybetmeye başlayan betonarme 1100C derecede tamamen çökmekte, 1350 C derecede tamamen erimektedir.

Yangında Beton Bir tünelde yangın anında sıcaklık ilk 5 dakikada 1000 C dereceye kadar ulaşabilmektedir. Bu şartlar altında betonun patlayarak dağılması ilk 20 dakika içinde gerçekleşir. Bu özellikleri ile betonarme yangın karşısında özellikle tünellerde korunmaya muhtaç bir yapı malzemesidir.

Çeliğin Bozulması Çelikte korozyon 5 şekilde olur 1-atmosferik korozyon 2-elektrolitik korozyon 3-klorür korozyonu 4-Temas korozyonu 5-Hidrojen kırılganlaşması ATMOSFERİK KOROZYON

Çeliğin Bozulması Fe +1/2O+H2O------Fe(OH)2 Fe(OH)2------FeO+H2O PAS Demirdeki pas tabakası tel fırca ile sökülemiyorsa zararsız.pul pul dökülme varsa çap ölçülür deney yapılır.kayıp çoksa kullanılmaz. Korozyon havanın nem miktarı ile hızlanır. 4-6 μm /yıl Zararlı kimyasal ortamda 100-1000 μm /yıl

Çeliğin Bozulması ELEKTROLİTİK KOROZYON Demir ortamın rutubeti ve oksijenle birlikte galvanik elemanı oluşturur ve sürekli olarak korozyon etkisinde kalır. Demir, nemli ortamda aşağıdaki şekilde iki aşamada iyonlarına ayrılır.

Çeliğin Bozulması

Çeliğin Bozulması

Çeliğin Bozulması Böylece sürekli olarak pas adı verilen Fe(OH)3 oluşur. Görüldüğü gibi demirin korozyonu için sürekli olarak oksijen ve su olması gerekir. Aksi takdirde demir paslanmaz. Bu nedenle çöl iklimi gibi kurak bölgelerde metaller daha az paslanır

Çeliğin yangına dayanımı Çelik yapı malzemeleri içinde en yüksek dayanımlı olanıdır. Ancak, 500 C ısıda çeliğin dayanımı yarıya, 700 C de ise dörtte birine iner ve bu özellik çeliğin yangından korunmasını elzem kılmaktadır

Çeliğin yangına dayanımı Çelik yapılarda yangından koruma daha tasarım safhasında başlamaktadır. Yangın bariyerleri, yangından kaçma yolları, yanan yapıya yardım için kolay ulaşım sağlama, tasarımda düşünülmesi gereken hususlardır

Çeliğin yangına dayanımı Öte yandan, odalarda duman alarmları, otomatik fiskiye sistemleri, çeliği kaplama özel boyalar, püskürtme ile kaplama, betona gömme, kolonları su ile doldurma gibi teknikler çıkabilecek yangın sırasında güvenliği sağlayabilecek, yeterli zamanı kazandıracak yöntemlerdir. İleri ülkelerde yangından korunma ile ilgili kapsamlı şartnameler geliştirilmiştir. Ülkemizde ise bu alanda büyük eksiklikler gözlenmektedir

Çeliğin yangına dayanımı Çeliğin yüksek sıcaklıklarda yumuşamaya başlayarak mukavemetini yitirmesi (Şekil 1) ve plastikleşmesi, malzemenin olumsuz yönünü ortaya koymaktadır

Çeliğin yangına dayanımı Çelik, bir çok yönden yapılarda kullanım avantajı olan bir malzeme olmakla beraber, yüksek sıcaklıklara karşı direncinin yetersiz oluşu, en olumsuz tarafını oluşturmaktadır. Genellikle yapısal çelik için kritik sıcaklık; 540°C, ön gerilimli beton işlerinde kullanılan çeliklerin kritik sıcaklığı da; 400-450°C olarak kabul edilmektedir

Çeliğin yangına dayanımı Bununla birlikte; çelik yapı bileşenlerin yıkılma sınırı; elemanın boyutları, geometrik biçimi, alaşımı, taşıdığı yük de dahil olmak üzere birçok değişkene bağlıdır. Korumasız bir çeliğin yangına karşı dayanımı 1 saat ile sınırlıdır

Çeliğin yangına dayanımı Bu ise en yüksek değer olup, normalde bu sınır daha da düşüktür. Çeliğe çeşitli madenlerin eklenmesi ile (krom vs.) de bu süre artırılabilmektedir. Aynı zamanda çelik yapı bileşenlerinin kesitleri artırılarak da uygulanacak koruma önlemleri azaltılabilmektedir

Çeliğin yangına dayanımı

Çeliğin yangına dayanımı

Çeliğin yangına dayanımı